Opavští fyzici „zvážili” superhmotnou černou díru

Černé díry jsou mimořádně hmotnými kosmickými objekty, které vznikají zhroucením hvězdného materiálu do malého a velmi hustého tělesa. Díky tomu na své okolí působí tak silným gravitačním polem, že dokážou výrazně ohýbat i světlo a ve své těsné blízkosti dokonce částice světla – fotony – zcela uvěznit.

Z toho důvodu je přímé pozorování černých děr nemožné a astrofyzici se k určení vlastností černé díry musejí zaměřit na chování materiálu v jejím okolí.

Interakce černých děr s tímto materiálem se projevuje specifickým rentgenovým zářením – a vědci z Opavy nyní přišli na to, jak je možné z jeho vlastností odhadnout hmotnost černé díry.

Pomocí pozorování záření z materiálu nedaleko černých děr se podařilo objevit zajímavý jev: přesnou periodicitu „dávek“ rentgenového záření. Periodicita je to přitom podle nich doslova kosmicky rychlá, v řádu desítek až stovek hertzů. Pro představu: pokud by toto záření vysílal nějaký otáčející se maják, tak by se musel za jednu sekundu otočit stokrát.

Astrofyzici porovnali pozorování tohoto jevu u několika lokalizovaných černých děr v naší galaxii Mléčná dráha a zjistili, že děj způsobující změnu „dávek“ rentgenového záření probíhá velmi blízko černé díry, v oblastech se silným gravitačním polem.

Na základě pozorování onoho jevu se tým pokusil naměřit hodnoty periodických změn rentgenového záření v okolí výrazně hmotnějších černých děr – těch, které se nacházejí v centrech velkých galaxií.

U těchto děr byla frekvence výrazně nižší, řádově v jednotkách minut až hodin. Vědci z pozorování jevu u různých černých děr navrhli způsob, jak určit jejich hmotnosti.

Odhadli hmotnosti hned několika černých děr, přičemž obvykle se hodnoty pohybovaly od statisíců do milionů slunečních hmotností. Analýze jedné supermasivní černé díry s téměř nezapamatovatelně dlouhým názvem se věnovala i studentka opavského Fyzikálního ústavu Kateřina Klimovičová a dospěla k unikátnímu zjištění.

„Změřili jsme frekvenci změny rentgenového záření u aktivního galaktického jádra s nevábným názvem XMMU J134736.6 173403 v souhvězdí Pastýře a byli jsme opravdu překvapeni. Odhad hmotnosti, jehož nepřesnost je dána neznámou vzdáleností pozorovaných rentgenových dávek od černé díry, se pohybuje někde mezi 10 miliony až jednnou miliardou hmotností Slunce,” informovala.

Dalšími zajímavými objekty v hledáčku opavských fyziků jsou tzv. mikrokvasary, tedy černé díry v centrech malých galaxií. Je známo, že z těchto typů exotických objektů unikají při doposud nepochopených jevech nepravidelné dávky vysokoenergetického záření.

„V uplynulých letech jsme přispěli k řešení tohoto důležitého otevřeného astronomického problému. Spočítali a ověřili jsme, že za ním stojí mnoho jevů, které se odehrávají v okolí těchto černých děr, v tzv. akrečních discích, tedy v prstencích horké hmoty rotující okolo černých děr. Ostatně to, že nějakou černou díru pozorujeme, je umožněno jen díky jejich interakci s hmotou okolo. Akreční disky jednak září, zároveň odrážejí světlo a chovají se podle nám zatím ne úplně vyjasněných pravidel. Rychlost rotace těchto disků je v některých místech blízká rychlosti světla. Mnohé zatím zůstává nevysvětleno, především periodické změny záření těchto disků. A na to se dále chceme zaměřit,” popsal vedoucí tohoto projektu Gabriel Török.

Jejich další práci, na které budou spolupracovat s Astronomickým ústavem Akademie věd ČR, podpořila i Grantová agentura ČR.

Vědecké práce opavských odborníků zabývající se výzkumem vesmíru, zejména pak fyziky kolem stále záhadných černých děr, patří ve světové vědecké komunitě mezi ty nejcitovanější.